25. cykl aktywności słonecznej jednym z najsilniejszych w historii? Termination Event (TE) - nowa zaskakująca teoria

Po ostatnich emocjach związanych z obserwacjami częściowego zaćmienia Słońca pozostajemy w temacie Dziennej Gwiazdy, tym razem jednak wracając do tematyki dominującej na blogu, a więc aktywności słonecznej. W ostatnim czasie pojawiły się wśród astrofizyków interesujące nowe głosy, które w przypadku sprawdzenia się musiałyby poskutkować zupełnie innym przebiegiem rozpoczętego półtora roku temu 25. cyklu aktywności słonecznej od większości prognoz, zwłaszcza tej oficjalnej.

Oficjalna prognoza, której podsumowanie przytoczyłem w tym tekście z 18 grudnia 2019 roku streszczając ją najkrócej jak można - sugeruje bardzo podobny cykl do ostatniego, którego maksima wystąpiły pod koniec 2011 i na początku 2014 roku, z możliwością tylko nieznacznie wyższych liczb Wolfa. W całokształcie oznaczałoby to jednak równie anemiczny cykl, ponieważ zakończony okazał się najsłabszym od ponad 100 lat, a ewentualne nieco lepsze maksimum 25. cyklu nie odróżniałoby go wyraźnie od poprzedniego.

Nowa teoria opierająca się o tytułowe założenie, do której zaraz przejdę, mogłaby w wyraźny sposób wywrócić prognozę rozpoczynającego się cyklu i w razie urzeczywistnienia sprawić, że nadchodzące maksimum będzie diametralnie inne od ostatniego - ku uciesze obserwatorów aktywności słonecznej i polujących na zorze polarne.

O pojęciu "Termination Event" (dalej będę używał skrótu TE) nie wielu dotąd słyszało, także wśród naukowców. To stosunkowo nowa teoria, za którą opowiedzieli się fizycy Słońca, Scott McIntosh oraz Robert Leamon z Uniwersytetu Maryland w Baltimore w Stanach Zjednoczonych. Według naukowców, ogromne pasma magnetyzmu dryfują po powierzchni Słońca od biegunów ku równikowi. Kiedy przeciwnie naładowane pasma zderzają się ze sobą na równiku, dochodzi do ich anihilacji (zniknięcia) lub jak kto woli zgodnie z nazwą teorii - do terminacji; nie towarzyszy temu żadna eksplozja, jako że to jest magnetyzm a nie antymateria. Mimo, że ta anihilacja nie jest niczym efektownym, z perspektywy aktywności słonecznej jest wydarzeniem ogromnej wagi, albowiem może popchnąć cykl słoneczny na "wyższy bieg" nadając mu faktycznego rozpędu.

Wspomniany ruch pasm silniejszego magnetyzmu od biegunów ku równikowi słonecznemu jest dla nas obserwowalny na przykład w postaci odmiennych lokalizacji powstających plam słonecznych (powstających tam, gdzie lokalne pola magnetyczne są najsilniejsze) zależnie od momentu cyklu. Zgodnie z prawem Spörera jest normą, iż w bardzo początkowych etapach każdego cyklu, obszary aktywne formują się na bardzo wysokich szerokościach heliograficznych bliżej biegunów, by z biegiem lat i rozwojem cyklu przesuwać się ku słonecznemu równikowi, by następnie się wzajemnie znieść i rozpocząć proces od nowa. W przypadku obecnego etapu rozwoju cyklu słonecznego moment ten wydaje się już bardzo bliski.

Przeciwnie naładowane pasma magnetyczne (czerwone i niebieskie) wędrują od wysokich szerokości heliograficznych w kierunku równika słonecznego, gdzie wzajemnie się znoszą (anihilacja) rozpoczynając nowy cykl. Po prawej: górna animacja pokazuje całkowitą liczbę plam słonecznych (czarny) oraz ich udział względem półkuli północnej (czerwona) i południowej (niebieska). Dolna animacja obrazuje lokalizację plam według szerokości heliograficznych.

Gdyby teoria o bliskim już TE dla obecnego cyklu miała okazać się słuszna, rozpoczynający się 25. cykl aktywności słonecznej musiałby stać się jednym z najbardziej intensywnych w historii. To zupełnie odwrotna teoria od charakteru tego cyklu opisanego w oficjalnej prognozie. Można rzec, że jest to co najmniej kontrowersyjne założenie. Większość fizyków zajmujących się badaniem aktywności słonecznej uważa, że 25. cykl będzie bardzo słaby, równie anemiczny jak 24. cykl słoneczny. Tradycyjnie opracowywane modele wewnętrznego magnetycznego dynama Słońca sprzyjają tezom o słabym cyklu i nie zawierają żadnych koncepcji w stylu TE.

McIntosh: "Jeśli TE nastąpi wkrótce jak się tego spodziewamy, nowy 25. cykl aktywności słonecznej może mieć intensywność, która pozwoli mu konkurować z kilkoma najsilniejszymi cyklami od początku prowadzenia regularnych obserwacji".

Naukowcy przedstawili swoje przypuszczenia w grudniu 2020 w czasopiśmie Solar Physics. Spoglądając na historyczne dane zebrane w ciągu 270 lat regularnych obserwacji plam słonecznych, odkryli oni, że zdarzenia jak TE są momentem ostatecznie oddzielającym jeden cykl od następnego, co dzieje się mniej więcej co około 11 lat. Odstępy między TE wahają się między 10 a 15 lat i to jest klucz, wg tej teorii, do postawienia prognozy odnośnie przebiegu następnego cyklu słonecznego.

Leamon: "Odkryliśmy, że im dłuższy okres między TE, tym słabszy staje się następny cykl. I odwrotnie - im krótszy czas między TE, tym silniejszy powinien być następny cykl słoneczny". 

Oficjalna prognoza dla 25. cyklu aktywności słonecznej (linia czerwona) sugeruje bardzo słaby cykl, porównywalny z ostatnim. McIntosh i Leamon uważają jednak, że będzie on bardziej przypominał jedne z najsilniejszych cykli z dotychczas obserwowanych.

Fizycy posłużyli się tu przykładem z XVIII wieku. 4. cykl aktywności słonecznej rozpoczął się od TE w roku 1786 i zakończył TE w roku 1801 - bezprecedensowo aż 15 lat później. Kolejny, 5. cykl słoneczny okazał się niewiarygodnie słaby, z maksymalną liczbą Wolfa na poziomie 82 w okresie szczytowym aktywności słonecznej. Cykl ten stał się później wspominany jako początek Wielkiego Minimum Daltona. 

McIntosh: "Podobnie, 23. cykl słoneczny rozpoczął się w 1998 roku i zakończył dopiero w 2011 roku, 13 lat później. 24. cykl, który właśnie się kończy, również był dość słaby, ale był też dość krótki - tylko 10 lat - i to jest podstawa prognozy, że 25. cykl będzie silny."

Zdaje się on kształtować na odwrót. Zamiast długiej przerwy pomiędzy TE wydaje się, że nadchodzi kolejne TE po bardzo krótkiej, zaledwie 10-letniej przerwie od TE rozpoczynającego ostatni 24. cykl słoneczny. Poprzednie cykle słoneczne poprzedzone tak krótkimi okresami pomiędzy TE okazywały się jednymi z najsilniejszych w historii. Zespół badawczy pod kierunkiem McIntosha i Leamona przewiduje, że 25. cykl aktywności słonecznej osiągnie szczyt z maksymalną liczbą Wolfa między 210 a 260, co postawiłoby go w gronie ścisłej czołówki pod względem intensywności z dotychczas obserwowanych cykli.

W poprzedniej swojej pracy McIntosh wraz z kolegami naszkicował zarys 22-letniego wydłużonego cyklu słonecznego wykorzystując obserwacje jasnych punktów w koronie słonecznej, okresowych migotań w skrajnym ultrafiolecie widocznych w atmosferze Słońca. Te jasne punkty były widoczne w sposób przemieszczający się z wysokich szerokości heliograficznych do równika przez około 20 lat. Gdy przecinają umiarkowane szerokości, jasne punkty zbiegają się z pojawieniem aktywności plamotwórczej.

McIntosh uważa, że jasne punkty oznaczają ruch pasm pola magnetycznego, które "owijają się" wokół Słońca. Kiedy pasma z północnej i południowej półkuli, które mają przeciwnie naładowane pole magnetyczne spotykają się na równiku, wzajemnie się anihilują prowadząc do terminacji. Te terminacje są kluczowymi znacznikami na 22-letnim modelu aktywności Słońca, ponieważ sygnalizują koniec cyklu magnetycznego wraz z odpowiadającym mu cyklem plam słonecznych - i działają jako wyzwalacz do rozpoczęcia kolejnego cyklu magnetycznego.

Podczas gdy jedno z przeciwnie naładowanych pasm znajduje się mniej więcej w połowie swojej migracji w kierunku równika słonecznego, drugie z pasm pojawia się na wysokich szerokościach heliograficznych i rozpoczyna własną migrację. Chociaż pasma te pojawiają się na wysokich szerokościach w stosunkowo stałym tempie - co 11 lat - czasami zwalniają, gdy przekraczają umiarkowane szerokości, co wydaje się osłabiać siłę nadchodzącego cyklu słonecznego.

McIntosh:

Dzieje się tak ponieważ spowolnienie wydłuża czas, w którym przeciwnie naładowane pasma spotykają się i nakładają ze sobą wewnątrz Słońca. Spowolnienie wydłuża aktualny cykl słoneczny poprzez przesunięcie w czasie momentu "TE". Przesunięcie tego wydarzenia w czasie skutkuje pomniejszaniem aktywności plamotwórczej w następnym cyklu.

Ta korelacja była trudna do uchwycenia dla naukowców w przeszłości, ponieważ tradycyjnie mierzyli długość danego cyklu od słonecznego minimum do słonecznego minimum, które określa się za pomocą średnich wartości liczby Wolfa, a nie precyzyjnego zdarzenia. W nowym badaniu naukowcy mierzyli okres od jednego TE do drugiego TE, co pozwala na znacznie większą precyzję.

Te idee mogą wydawać się kontrowersyjne, ale mają tę zaletę, którą wszyscy naukowcy mogą docenić: są weryfikowalne. TE dla bieżącego 25. cyklu aktywności słonecznej jeszcze nie nastąpił, ale jeśli nastąpi wkrótce tak jak autorzy teorii twierdzą, to aktywność słoneczna powinna wkrótce zacząć się dynamiczniej rozpędzać i przynieść znacznie gwałtowniejsze maksimum, niż większość prognoz zakłada.

Z konkluzji pracy McIntosha i Leamona:

"Nasza metoda przewiduje, że 25. cykl słoneczny może być jednym z najsilniejszych cykli plam słonecznych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, w zależności od tego, kiedy nastąpi nadchodzące zakończenie (TE). Jest wysoce prawdopodobne, że będzie znacznie silniejszy od 24. cyklu (liczba Wolfa 116) i najprawdopodobniej silniejszy, niż poprzedni 23. cykl z R=180 podczas maksimum. Stanowi to wyraźny kontrast do konsensusu wypracowanego przez zespół prognostyków oficjalnej prognozy 25. cyklu słonecznego zakładającego maksymalną liczbę Wolfa między 95 a 130, to jest podobną do 24. cyklu. Jeśli nasze przewidywania dotyczące TE z 2020 roku są poprawne, tak niska aktywność (w oficjalnej prognozie) byłaby poważnym odchyleniem w stosunku do obserwowanego zachowania poprzednich cykli. Kiedy zidentyfikujesz w zapisach historycznych momenty TE, wzór staje się oczywisty. Słaby 25. cykl słoneczny, jak przewiduje większość prognostyków, byłby całkowitym odejściem od wszystkiego, co do tej pory pokazały nam dane w kontekście przedstawionej teorii. Tak niską wartość (w oficjalnej prognozie) można pogodzić z poprzednio obserwowanymi cyklami słonecznymi o ile następne TE będzie opóźnione o więcej niż 2 lata od naszej prognozy, co rozszerzyłoby czas występowania obecnie niskich poziomów aktywności słonecznej do nadzwyczajnej długości. Zauważamy również, że rozwinięta tutaj relacja prawidłowo przewidywała niską amplitudę 24. cyklu słonecznego (z okresu pomiędzy kolejnymi TE wynoszącego 12,825 roku) po TE z 2011 roku - trzy lata po tym, jak oficjalny panel prognostyków NOAA/NASA z 2006 roku dostarczył się prognozę. Wreszcie, rychłe pojawienie się TE kończącego 24. cykl słoneczny powinno zwiększyć zaufanie do przedstawionej prognozy".

*******

Co na to Słońce? Najbliższe miesiące powinny zacząć dawać odpowiedź. Jeżeli faktycznie, zgodnie z założeniami teorii przedstawionej przez McIntosha i Leamona, wkrótce już nastąpi TE ostatecznie oddzielające 24. i startujący 25. cykl, powinniśmy zaobserwować już stałą tendencję wyraźnego zwiększenia aktywności plamotwórczej oraz znacznie intensywniejsze maksimum od tego w minionym cyklu, mało tego - powinniśmy zaobserwować jedno z najsilniejszych maksimów w historii regularnych pomiarów, przy którym najwyższa aktywność Słońca zaobserwowana w latach ostatniego maksimum 2011-2014 może być ponad dwukrotnie słabsza od tego nadchodzącego w połowie dekady.

Jak z każdą nową teorią warto podejść do tych rewelacji z dystansem, cały czas mając na uwadze, że większość predykcji łącznie z oficjalną, sugeruje podobieństwo rozpoczętego 25. cyklu do ostatniego, z szansą na niewielki jedynie wzrost względem poprzedniego maksimum. Mając tego świadomość z tym mniejszym smutkiem przyjdzie nam się oswajać z rzeczywistością gdyby przedstawiona teoria nie sprawdziła się w praktyce, a z tym większym zadowoleniem, gdyby przypuszczenia te miały okazać się słuszne.

W chwili obecnej na tarczy słonecznej widać jedynie grupę plam 2833 - pozostałe, które mogliśmy dostrzec podczas czwartkowego zaćmienia Słońca już zanikły bądź przeszły wraz z ruchem obrotowym Słońca na niewidoczną z perspektywy Ziemi półkulę Dziennej Gwiazdy. Nie jest więc dzisiejszy obraz tarczy słonecznej czymś, co bardzo by się odróżniało od widoków, do jakich przyzwyczailiśmy się w latach minimalnej aktywności, ale z drugiej strony stan czystej tarczy nie wystąpił już od ponad miesiąca (ostatnio 6 maja), co mimo bardzo słabego rozwoju cyklu wskazuje, że powolny przyrost plam nowego cyklu jest podtrzymywany. Jeśli faktycznie wydarzenie TE wkrótce nastąpi stając się wyzwalaczem rozwoju nowego cyklu, wzrost aktywności plamotwórczej powinien momentalnie stać się wyraźniejszy - pod warunkiem słuszności tej młodej jak na razie teorii.

Autorski komentarz do bieżącej aktywności słonecznej - podstrona Solar Update

Warunki aktywności słonecznej i geomagnetycznej na żywo wraz z objaśnieniami nt. interpretacji danych - podstrona Pogoda kosmiczna

Oficjalna prognoza 25. cyklu aktywności słonecznej (grudzień 2019)

  f    t   Bądź na bieżąco z tekstami, zjawiskami astronomicznymi, alarmami zorzowymi i wszystkim co ważne dla amatora astronomii - dołącz do stałych czytelników bloga na Facebooku, obserwuj blog na Twitterze bądź zapisz się do subskrybentów kwartalnego Newslettera.

Oprac. na podstawie materiałów UCAR, Sringer, Spaceweather.